一种异质结、其制备方法及应用

技术领域

本发明涉及热电材料的制备技术领域，具体涉及一种异质结、其制备方法及应用。

背景技术

热电转换物理效应、热电材料及其应用技术的研究历史悠长。长期以来，热电转换技术主要应用于特种电源和微小型制冷等技术领域，是一个“小众”的研究领域。直到20世纪50年代，半导体理论的建立及其在热电材料开发中的应用，使得半导体热电材料的性能获得较大幅度提升，Bi

进入21世纪后，快速发展的清洁能源、特殊电源和高功率电子器件等技术领域，对高效热电转换技术提出了新的要求，使得热电材料和热电转换技术开始受到工业界和学术界的广泛关注。热电转换技术的核心问题在于找到具有高价值的热电材料，而高价值热电材料应具有“声子玻璃-电子晶体”的特征，即导热率低，导电率高，温度差的电动力(Seebeck系数)高。但由于热电优值的参数之间的相互关联和制约，使得材料的热电性能一直难以取得实质性的突破。随着近年来材料计算的发展与纳米技术的兴起，人们开始考虑在不同层次和多维度下进行结构设计以实现热与电输运的协同调控，从而使得材料具有较大的热电优值。

有研究表明，包括石墨烯、过渡金属硫化物、第四主族硫化物、黑磷、MXene和六方氮化硼(h-BN)等在内的二维材料具有非常优异的热电性能，具有较大的应用潜力。其中，有实验和理论证实多种二维材料堆叠形成的异质结(包括垂直异质结和横向异质结)能够在一定程度上对材料的热电性能起到增益作用。

如有实验研究表明，在h-BN衬底上结合MoS

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种异质结、其制备方法及应用。通过化学气相沉积方法和干法转移相结合，将MoS

为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种异质结的制备方法，包括如下步骤：

(1)在初始衬底表面沉积AO

(2)在AS

(3)将AS

(4)采用干法转移法将h-BN衬底转移至目标衬底上，再通过干法转移法将步骤(3)得到的衬底上的AS

所述AO

所述XO

所述A和X不同时为Mo或W。

本发明还提供一种异质结的制备方法，包括如下步骤：

(1)在初始衬底表面沉积AO

(2)采用干法转移法将h-BN衬底转移至目标衬底上，再通过干法转移法将步骤(1)得到的衬底上的AS

(3)在另外的初始衬底表面沉积厚度相同的XO

(4)采用干法转移法将步骤(3)得到的衬底上的XS

所述AO

所述XO

所述A和X不同时为Mo或W。

优选地，所述AO

优选地，所述真空电子束蒸镀时，真空度为1×10

优选地，所述干法转移法为PDMS辅助转移法。

优选地，所述PDMS辅助转移法中的胶膜为PC/PDMS复合膜。

优选地，生长MoS

其中，在温度大于280～350℃时，通入氩气，流量为30～40sccm；

在温度大于680～750℃时，通入氢气，流量为10～20sccm；

所述氩气至自然降温至室温后停止通入，所述自然降温时停止通入氢气。

优选地，生长WS

其中，在温度大于280～350℃时，通入氩气，流量为30～40sccm；

所述氩气至自然降温至室温后停止通入。

第二方面，本发明还提供一种异质结，包括h-BN衬底和沉积在h-BN衬底表面的MoS

第三方面，本发明上述技术方案中涉及的异质结可应用于温差发电、热电控温制冷、温度传感或MEMS热电堆传感领域。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明采用化学气相沉积方法与干法转移法相结合的路线，通过化学气相沉积方法直接两步生长得到MoS

(2)采用本发明提供的制备方法得到的异质结中，MoS

附图说明

图1为实施例1中制备方法的工艺流程图；

其中，图a-b为MoO

图2为实施例2中制备方法的工艺流程图；

其中，图a-b为MoO

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对现有技术中，没有有效的方法可以获得MoS

(1)在初始衬底表面沉积AO

(2)在AS

(3)将AS

(4)采用干法转移法将h-BN衬底转移至目标衬底上，再通过干法转移法将步骤(3)得到的衬底上的AS

所述AO

所述XO

所述A和X不同时为Mo或W。

在本方案中，所述初始衬底优选为SiO

在得到MoO

在得到MoS

在得到MoS

按照本方案，采用干法转移法将h-BN衬底转移至目标衬底上，所述h-BN衬底优选采用机械剥离的方法得到，所述目标衬底优选为SiO

采用本技术方案，首先通过化学气相沉积两步生长得到MoS

在本发明的另一个技术方案中，所述MoS

(1)在初始衬底表面沉积AO

(2)采用干法转移法将h-BN衬底转移至目标衬底上，再通过干法转移法将步骤(1)得到的衬底上的AS

(3)在另外的初始衬底表面沉积厚度相同的XO

(4)采用干法转移法将步骤(3)得到的衬底上的XS

所述AO

所述XO

所述A和X不同时为Mo或W。

在本方案中，所述初始衬底优选为SiO

然后，采用干法转移法将h-BN衬底转移至目标衬底上，所述h-BN衬底优选采用机械剥离的方法得到，所述目标衬底优选为SiO

按照本方案，在另外的初始衬底表面沉积与MoS

然后，参考上述技术方案的干法转移法将MoS

采用本技术方案，首先采用化学气相沉积分别生长MoS

上述两种技术方案均采用化学气相沉积与干法转移相结合的路线，与直接在h-BN衬底表面通过化学气相沉积生长MoS

本发明还提供一种上述技术方案制备得到的异质结，包括h-BN衬底和沉积在h-BN衬底表面的MoS

在本发明中，所述MoS

通过理论计算，本发明提供的异质结的发热功率达到80～100mW·m

本发明还提供上述技术方案中涉及的异质结在温差发电、热电控温制冷、温度传感或MEMS热电堆传感领域中的应用。

如本发明所述的异质结可作为控温元件、温差发电器件，温度传感器或热电制冷器件的器件使用，使得上述元件具有优异的热点性能，满足行业要求。

为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例中所用的实验原料均可从市场上购买或者按照本领域技术人员熟知的常规制备方法制备得到。

实施例1

本实施例提供一种MoS

具体步骤如下：

(1)使用SiO

(2)使用真空电子束蒸镀的方法，首先采用真空溅射腔(evaporator chamber)进行抽真空，使真空度达到5×10

(3)以步骤(2)得到的带有MoO

(4)使用真空电子束蒸镀的方法，首先采用真空溅射腔(evaporator chamber)进行抽真空，使真空度达到5×10

(5)对步骤(4)得到的衬底作为基底，通过低压化学气相沉积(LPCVD)法进行WS

(6)采用机械剥离方法剥离出大片的h-BN衬底(1mm×1mm)，采用干法转移工艺，先将h-BN转移到目标SiO

所述干法转移具体为：通过旋涂法得到1μm厚的pc(聚碳酸酯)，将其贴在透明的PDMS衬底上。通过显微镜上下对准，将PC/PDMS与带有目标样品的衬底逐渐贴合，在显微镜下观察贴合线完全越过样品后，加热样品台至90℃，保持5min，逐渐降温，并缓慢上抬PC/PDMS衬底，上下衬底完全分离，样品被转移到PC/PDMS衬底上，即得到样品/PC/PDMS衬底；

再使用同样的步骤，将带有样品的PC/PDMS衬底贴合在目标衬底的目标位置上，加热样品台至180℃，使样品/PC与PDMS分离，留在目标衬底上，退火后完成干法转移。

上述得到的MoS

实施例2

本实施例提供一种MoS

具体步骤如下：

(1)使用SiO

(2)使用真空电子束蒸镀的方法，首先采用真空溅射腔(evaporator chamber)进行抽真空，使真空度达到5×10

(3)以步骤(2)得到的带有MoO

(4)采用机械剥离方法剥离出大片的h-BN衬底(1mm×1mm)，采用干法转移工艺，先将h-BN转移到目标SiO

(5)选择新的SiO

(6)使用真空电子束蒸镀的方法，首先采用真空溅射腔(evaporator chamber)进行抽真空，使真空度达到5×10

(7)采用干法转移工艺，将步骤(6)得到的WS

所述干法转移工艺的步骤参考实施例1，在此便不再一一赘述。

上述得到的MoS

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。